Seasonality of reproduction in Awassi sheep

Abstract

Dairy sheep products are typical seasonal goods due to the reproductive seasonality of the species. Simultaneously there is great economic interest to provide year-round continous milk supply for the dairy industry. However effective hormonal treatments are available to turn against physiological processes and achieve out-of-season breeding, there is increasing costumers’ demand to turn towards more “clean and green” tools, and reduce hormonal interventions in food producing animals. Better understanding of reproductive physiology and increasing knowledge about the breeds used for milk production make possible to reach this target. The aim of our research was to explore the seasonality of ovarian and testicular function, and the genetic interrelations of ovarian cyclicity with melatonin receptor 1a gene (MT1) polymorphism in Awassi sheep. We intended to characterize whether this breed and the inland population are capable of developing perennial ovarian cyclicity and out-of -season ovulation. We showed that ovarian function of Awassi population is seasonal under temperate continental climate condition. In intensive production systems the lack of suckling together with the stimulatory photoperiodic signal brings the first postpartum ovulation of autumn-lambing dams forward, it may occur even before the completion of uterine involution, which may increase the risk of bacterial complications of involution (Exp 1). We proved that to delay the resumption of postpartal ovarian cyclicity during the stimulatory short-days, the implementation of additional artificial lightening is an adequate tool. At the same time the increasing photoperiodic signal has beneficial effect on milk production (Exp 2). Investigation of melatonin receptor polymorphism inthe given population showed that MT1 gene is polymorph at both the RsaI and MnlI restriction sites, with high incidence of the preferable R and M alleles. Ability of out-of-season cyclicity was expressed in mature animals having high plasma leptin level (indicatingadequate energy stores). However, high milk production may negatively influence this capability. Our results suggest that the preferable allele (R at a significant level and M tendentiously) can enhance out-of-season cyclicity in dams with suboptimal metabolic condition related to low plasma insulin-like growth factor I (IGF-I) level. Nevertheless, these polymorphisms are not suitable for marker assisted selection because only the RsaI RFLP (restriction fragment length polymorphism) site showed significant effect and it was limited to a subgroup of the flock (Exp 3). Following the monitoring of the seasonal traits of reproduction, we tested the efficacy of different hormonal treatments to improve out-of-season reproductive performance. Slow release melatonin implant inserted to ewes in February could not induce cyclic ovarian function; however the same treatment had beneficialeffect when used in June. At the same time melatonin treatment influenced negatively plasma IGF-I level which may impair milk production in lactating dams. According to our results the OvSynch protocol as a possible alternative of long-term gestagen treatment for synchronisation for artificial insemination (AI) can only be effective when used near to the naturalbreeding season (Exp 4). The use of slow release, long acting melatonin implant in Awassi semen donor rams had obvious positive effect on the endocrine function of testicles in February, but at the same time this beneficial effect was not reflected in semen quality (Exp 5). Apart of the new knowledge gained in the above described experiments, as practical application we worked out a series of suggestions and developed a new reproduction technology using natural or near-natural methods tooptimize reproductive management and milk production of the investigated Awassi flock.

Hagyományos körülmények között a juhtejből készült termékek tipikusan szezonális cikkek, amelyek előállíthatóságát a faj szaporodóképességének évszakhoz kötött jellege a tavaszi, nyár eleji időszakra korlátozza. Ugyanakkor fontos piaci érdekek fűződnek az árutej-előállítás folyamatosságának biztosításához. Bár kiskérődzőkben a tenyészszezonon kívüli vemhesítés hagyományos eszközének számítanak a hormonkezeléseken alapuló ciklusindukciós technikák, egyre jelentősebbek azok a fogyasztói elvárások, melyek a “zöld és tiszta” állattenyésztési módszereket részesítik előnyben. Így élelmiszertermelő állományokban szerencsésebb tartózkodni a különböző hormonok tenyésztéstechnikai célú alkalmazásától. A szezonális ivari aktivitás élettani alapjainak pontosabb megértése és a tejhasznú fajtákkal kapcsolatos ismeretek összegyűjtése hozzásegíthet a természetközeli technológiák kialakításához. Munkánk során a nemi működés szezonális jellemzőit kívántuk tanulmányozni egy hazai tejhasznosítású awassi populációban, valamint vizsgáltuk a szezonalitás mértékének genetikai vonatkozásait, a melatonin receptor 1a (MT1) gén polimorfizmussal fennálló kapcsolatát. További célunk volt feltérképezni, hogy alkalmas lehet-e a fajta a hagyományos tenyészszezonon kívül spontán tenyésztésre. Kimutattuk, hogy az awassi juhállományi petefészek működése hazai körülmények között szezonális. Intenzív termelési rendszerben őszi ellésű anyákban az anya-bárány kapcsolat hiánya és a serkentő fotoperiódusos jel együttes hatása miatt az ellés utáni első ovuláció nagyon korán, többnyire még a méh involuciójának befejezése előtt következik be, ami növeli az involució bakteriális szövédményeinek esélyét (1. kísérlet). Igazoltuk, hogy az őszi ellési időszakban alkalmazott mesterséges kiegészítő megvilágítás alkalmas arra, hogy késleltesse az ellést követő első ovuláció idejét. Emellett a meghosszabbodott fotoperiódusos jel jótékonyan befolyásolja a tejtermelést is (2. kísérlet). A melatonin receptor gén vizsgálata során kimutattuk, hogy a vizsgált állományban az MT1 gén mind az RsaI, mind az MnlI restrikciós emésztési helyeknek megfelelően polimorf, és az irodalmi adatok szerint kedvező hatású R és M allélek nagy arányban fordulnak elő. Tenyészszezonon kívül ciklikus petefészek-működést legnagyobb arányban az idősebb, és magas plazmaleptin szinttel (megfelelő energiaraktárakkal) rendelkező anyák mutatnak. Ugyanakkor a nagy tejtermelés rontja ezt a képességet. Eredményeink szerint a szuboptimális metabolikus állapotban lévő (alacsony plazma inzulin-szerű növekedési faktor I (IGF-I) szinttel jellemezhető) anyák esetében a kedvező MT1 alléleket hordozók nagyobb arányban mutatnak ciklusos petefészek működést a szezonon kívül (az R allél esetében szignifikáns, az M allél esetében tendencia szintű hatást igazoltunk). Ugyanakkor mivel ez a hatás csak az állatok egy csoportjában jelentkezett szignifikáns mértékben, az MT1 gén vizsgált mutációinak szelekciós markerként való alkalmazása nem javasolható (3. kísérlet). A szezonális nemi működés nyomonkövetését követően különböző hormonkezelések hatékonyságát vizsgáltuk a tenyészszezonon kívüli időszakban. A februárban beültetett lassú kioldódású melatonin implantátum nem volt képes ciklust indukálni, míg júniusban alkalmazva jótékony hatása volt. A melatonin kezelés hatására ugyanakkor csökkent a plazma IGF-I szintje, ami laktáló állatokban csökkentheti a tejtermelést. Eredményeink alapján az OvSynch protokoll és azt követő fix idejű termékenyítés csak abban az esetben válthatja ki a hosszú tartamú gesztagénkezelést, ha a természetes tenyészszezonhoz közeli időben alkalmazzuk (4. kísérlet). Kosok esetében a februárban alkalmazott tartós melatonin kezelés bár egyértelműen pozitívan befolyásolta a here endokrin működését, nem javította a spermaminőséget (5. kísérlet). A munkánk során nyert alapadatok felhasználásával kidolgoztunk egy természetes vagy természetközeli módszereken alapuló szaporodásbiológiai technológiai rendszert, melynek alkalmazásával intenzív tejhasznú awassi állományokban, hazai körülmények között folyamatos, magas szintű árutej-előállítás válik lehetővé.